職業教育論文-光學經緯儀的檢校技術及教學措施摘要本文介紹工民建專業工程測量學課程光學經緯儀的檢驗和校正技術及教學措施。對光學經緯儀檢校的必要性、水準管軸垂直于豎軸、十字絲豎絲垂直于橫軸、視準軸垂直于橫軸、橫軸垂直于豎軸、豎盤指標差、光學對中器的檢驗和校正技術以及教學措施做了論述，并結合本課程內容的教學要求，提出了一些值得思考的問題。關鍵詞光學經緯儀檢校技術教學措施一、光學經緯儀檢校的必要性光學經緯儀是測角儀器，在使用它之前必須對它進行檢驗，看看它是否滿足測角儀器的基本要求，若不滿足，則必須進行校正，使之滿足這些基本要求。使用未檢驗校正的光學經緯儀，是無法取得合格成果的。從測角原理可知，測角時，光學經緯儀水平度盤必須居于水平位置，而水平度盤是否水平，是借助水準管氣泡居中來實現的，水準管氣泡居中了才能保證水準管軸水平，故要求水準管軸垂直于儀器豎軸（水平度盤垂直于豎軸是由儀器生產廠家保證的）；第二個要求是視準軸要掃出一個豎直面，為了達到此目的，必須使光學經緯儀望遠鏡的視準軸垂直于橫軸，橫軸垂直于豎軸，視準軸就能掃出豎直面，進行點的投影和讀數。光學經緯儀是一種設計巧妙的精密儀器，可以在自身的翻轉過程中進行基本幾何條件的檢驗。檢驗是發現光學經緯儀幾何條件是否滿足要求的過程，校正卻是解決光學經緯儀幾何條件必須滿足要求的過程。檢驗校正通常應在測量工作之前進行。二、水準管軸垂直于豎軸的檢校水準管軸是指過水準管零點的切線，豎軸是儀器的旋轉軸，即水平度盤軸系的幾何中心。若水準管軸垂直于儀器豎軸，當氣泡居中（此時意味著水準管軸水平）時，豎軸就豎直了，經過互成90的兩個方向整置氣泡居中，豎軸就在空間上居于豎直位置，與豎軸垂直的水平度盤也就水平了。若水準管軸不垂直于儀器豎軸，當氣泡居中（此時水準管軸仍然處于水平面上）時，豎軸卻傾斜了，其傾斜角即是水準管軸和水平度盤面的夾角（設為）。當我們將光學經緯儀照準部繞豎軸旋轉180時，豎軸的空間位置沒有改變，仍傾斜，但水準管的高低兩端卻易位了，水準管軸傾斜了2（即此時的水準管軸與水平面的夾角為2），其中一個是豎軸傾斜引起，另一個是水準管軸和水平度盤面的夾角，所以當氣泡居中后再將照準部繞豎軸旋轉180時，氣泡的法線方向偏離豎直面的夾角為2。此時可用腳螺旋整置儀器，使氣泡退回偏離值的一半（），這時豎軸就豎直了，再用校正針調整水準管支架，使氣泡再退回偏離值的另一半（），此時水準管氣泡居中了，豎軸也豎直了，從而達到水準管軸垂直于豎軸。進行此方法檢校時，水準管要和兩腳螺旋的連線平行，且儀器經過粗略整平，旋轉180后的位置可目估進行，也就是仍然要和該兩腳螺旋的連線平行，邊講解邊繪圖形，使學生了解每一步操作時的軸線位置，然后可以在儀器上表演一次，使同學有感性認識，并指出此檢校需要反復進行幾次，逐步趨近于正確關系。接著可以提問學生：若儀器上有互相垂直的兩個水準管該如何進行檢校？若儀器上有一圓水準器和一水準管又該如何檢校？檢驗和整平有什么區別？啟發學生參與來進行講授。在此基礎上可以出這樣的題目讓學生回答:某光學經緯儀的照準部水準管氣泡居中后,將照準部繞豎軸旋轉180,發現該氣泡右偏2格,請繪出軸線間的關系。若學生對這樣的題目能回答且繪出圖形，那么此步檢校的方法就完全清楚了。在做此步校正時，有時候會遇到這樣的情況：氣泡偏離值的一半用腳螺旋調節，另一半用水準管的支架調節的操作會失靈，很難校正到位。這是因為角過大，轉180后，氣泡受限于水準管壁，無法自由偏移，看起來的偏移格數遠小于實際應偏移的格數，故此時不應該按表面偏移的格數來計數，而應估計調整，待調到角較小，氣泡能夠自由偏移時再按各一半的原則操作。三、十字絲豎絲垂直于橫軸的檢校由于十字絲分劃板平面的轉動，使得十字絲豎絲不一定垂直于橫軸，其檢驗方法是：先整平儀器，用十字絲豎絲最上端瞄準一個固定點，鎖定照準部和望遠鏡的制動螺旋；然后轉動望遠鏡的微動螺旋，使望遠鏡繞橫軸向上轉動。如果固定點始終在十字絲豎絲上移動，則條件滿足，否則需要校正。其校正方法是：卸下目鏡保護蓋，用螺絲刀松開十字絲分劃板套筒的四個壓環螺絲，慢慢轉動十字絲套筒，使十字絲豎絲處于鉛垂位置，然后旋緊壓環螺絲。此步檢校比起其它幾步檢校來看，重要性要差一些，故講課時可以簡單講一下，不占過多時間。四、視準軸垂直于橫軸的檢校望遠鏡視準軸是十字絲中心與物鏡光心的連線，橫軸是望遠鏡的旋轉軸，也叫水平軸。當視準軸垂直于橫軸時，視準軸繞橫軸旋轉得到一個平面；當視準軸不垂直于橫軸時，視準軸繞橫軸旋轉得到一個錐面。輔以簡單教具示范一下，讓學生對這一結論印象深刻。接著問學生：當視準軸不垂直于橫軸而有誤差角C時，照準水平方向，其水平方向讀數誤差有多大？此問題學生很容易回答（就是C）。又問：當照準天頂時，其水平方向讀數誤差又有多大？此問題學生就不容易回答，得思考一會兒了。用簡單教具表演一下：光學經緯儀不可能照準到天頂，當經緯儀旋轉時，視準軸繞天頂劃小圈，故水平方向讀數誤差為；當目標豎直角由0變化到90時，其水平方向讀數誤差由C變化到。當學生把物理概念搞清楚之后，就可以講視準軸垂直于橫軸的檢驗了。正鏡照準前方大約幾十米的一水平位置目標P，且使水平度盤讀數為00000，然后倒鏡，使水平度盤讀數嚴格為1800000，若剛好照準目標P，則說明視準軸垂直于橫軸；若照準P旁的P點，則視準軸不垂直于橫軸，P和P的夾角為2C。教師可以在黑板上畫圖說明之。接著又講：正鏡照準P點，仍使水平度盤讀數為00000，然后倒鏡再照準P點，若讀數為1800000，則說明視準軸垂直于橫軸；否則，有誤差角C存在，C角值為現讀數與1800000差值的一半。再接下來講：正鏡照準P，照準部不動，倒鏡在幾十米遠的水平尺上讀數（設為b），再轉動照準部，倒鏡照準P，又保持照準部不動，正鏡在該尺上讀數（設為b），令b=b-b。若b=0，說明視準軸垂直于橫軸；若b0，說明視準軸不垂直于橫軸，b是由幾個C角引起的呢？學生需要思考了，思路敏捷的學生就會看出，由4個C引起的。這樣就把三種檢驗方法有聯系的講了，教師可以加幾句說明三種方法各自具有的優缺點。視準軸不垂直于橫軸的校正方法因此對應有三：一是校正到PP的中點；二是退回C讀數，校正至P點；三是求b/4，校正至b和b間距離（b）的1/4處。在黑板上繪十字絲環圖，講校正方法，并告訴學生用校正針調節十字絲校正螺絲時，要先送一顆，再緊另一顆，這顆松多少，另一顆就緊多少，始終保持十字絲環的位置固定而不晃動。調整時要小心謹慎，不宜用力過猛，防止扭斷校正螺絲。此步檢校要反復進行。五、橫軸垂直于豎軸的檢校由于望遠鏡支架兩端可能不等高，引起橫軸不垂直于豎軸，而產生橫軸誤差（設為i）。結合簡單教具說明：當豎軸豎直時，若橫軸垂直于豎軸，則視準軸掃出一豎直面；若橫軸不垂直于豎軸，則視準軸掃出一傾斜面，它和鉛垂線的夾角也為i。因此，用帶有橫軸誤差的經緯儀去瞄準同一鉛垂面內不同高度的目標，水平度盤讀數將會不同，從而影響測量水平角的精度，必須加以校正。橫軸垂直于豎軸的檢驗方法是：正鏡照準幾十米外一高點P，向下轉動望遠鏡到水平位置，標出十字絲交點所得位置P；倒鏡再照準P，向下轉動望遠鏡到水平位置，同法標出P。若P和P重合，說明橫軸垂直于豎軸；若P和P不重合，說明橫軸不垂直于豎軸。P和P之間的距離由2i角引起。橫軸垂直于豎軸的校正方法是：轉動照準部微動螺旋，照準P和P的中間點，鎖定照準部，將望遠鏡向上轉至目標P，此時照準不到P了，校正望遠鏡支架兩端的高低，使十字絲交點照準P點。光學經緯儀的橫軸是密封的，一般出廠時此條件已有保證，不要輕易校正。如確需檢修，要送回工廠或專門的維修部處理，測量人員只進行檢驗即可。六、豎盤指標差的檢校由于豎盤指標水準管兩端支架變動，當視線水平、豎盤指標水準管氣泡居中時，豎盤讀數不是90的整倍數（盤左應為90，盤右應為270），其差值稱為豎盤指標差（設為x）。豎盤指標差對半測回豎直角有影響，因此必須加以校正。豎盤指標差的檢驗方法是：整平儀器，盤左瞄準一高處目標P，指標水準管氣泡居中后讀出豎盤讀數L，計算出盤左所測豎直角左=90-L；再盤右瞄準P點，指標水準管氣泡居中后讀出豎盤讀數R，計算出盤右所測豎直角右=R-270。若左=右，說明沒有豎盤指標差；若其不等的差值在容許范圍之內，不需要校正豎盤指標差；若其不等的差值超過容許范圍，則需要校正豎盤指標差。豎盤指標差的校正方法是：先計算出豎盤指標差x=（L+R-360）/2，再計算出盤右瞄準目標P時豎盤的正確讀數R=R-x。然后轉動豎盤指標水準管微動螺旋，使豎盤讀數為正確讀數R，此時豎盤指標水準管氣泡不居中，撥動豎盤指標水準管校正螺絲，使氣泡居中即可。由于建筑工程測量不需要測量豎直角，所以此步的檢校就沒有那么重要，故講課時可以簡單講一下，不占過多時間。七、光學對中器的檢校光學對中器刻劃圈中心與對中器物鏡光心的連線叫光學對中器的視準軸，光學對中器的視準軸經棱鏡折射后應與儀器豎軸重合。當棱鏡位置有變動，則光學對中器的視準軸與儀器豎軸不重合，從而產生對中誤差。光學對中器的檢驗方法是：在平坦地面上安置經緯儀，并盡量架高一些，在腳架中心地面鋪放一張白紙；精確整平儀器后，從對中器里將刻劃圈中心標于白紙上，記為A點；轉動照準部180，從對中器里將刻劃圈中心標于白紙上，記為B點。若A點和B點重合，則光學對中器的視準軸與儀器豎軸重合，否則需要校正。光學對中器的校正方法是：取A點和B點的中間位置，校正直角棱鏡或校正分劃板，使刻劃圈中心對準A點和B點的中間位置為止。此項校正，須視各儀器具體情況而定，講課時可以簡單講一下，不占過多時間。八、提出一些深入思考的問題在上述講授的基礎上，可以提出一些深入思考的問題，讓學生課后鉆研：1、檢校順序是否可以任意改變以及改變后的影響如何？2、水準管軸不垂直于儀器豎軸時，能否使水平度盤水平？若能的話，應該怎樣操作？3、檢校視準軸是否垂直于橫軸時，為什么要照準遠處和儀器大致同高的點？4、檢校橫軸是否垂直于豎軸時，為什么要照準高點？5、使用橫軸不垂直于豎軸的儀器，只用一個盤位去作鉛垂線的投測時，會產生什么后果？若兩個盤位都用呢？6、正倒鏡觀測水平角取平均值，可以抵消哪些誤差的影響？7、光學經緯儀的七項檢校中，哪些檢校最重要？九、根據學生班級水平增減某些內容本文介紹了光學經緯儀檢校課的大致講授方法，在講解內容的取舍上還要根據學生班級水平來考慮，例如大專班和中專班應有區別，工民建專業班和裝飾班也應有不同。上該堂課總的原則應該是物理概念清楚，軸線間的幾何關系明晰，采用啟發式教學法，充分激發